【摘 要】
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两相流模型的求解基于不可压缩N-S方程,在连续方程中加入压力对虚拟时间的一阶导数项,将不可压缩流场随时间的变化阶段当成可压缩流处理,从而将压力随时间的变化与速度散度联系起来,使不可压缩流动的控制方程由原来的椭圆型方程变为双曲型方程。通过双时间步推进求解,使质量和动量都能守恒。在求解不可压缩N-S方程中,空间上运用有限体积法在任意网格控制单元上离散,物理时间方向上采用k阶后向差分离散,每个物理时间步
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两相流模型的求解基于不可压缩N-S方程,在连续方程中加入压力对虚拟时间的一阶导数项,将不可压缩流场随时间的变化阶段当成可压缩流处理,从而将压力随时间的变化与速度散度联系起来,使不可压缩流动的控制方程由原来的椭圆型方程变为双曲型方程。通过双时间步推进求解,使质量和动量都能守恒。在求解不可压缩N-S方程中,空间上运用有限体积法在任意网格控制单元上离散,物理时间方向上采用k阶后向差分离散,每个物理时间步运用伪时间推进求解,伪时间用一阶后向差分;对流通量计算采用Roe迎风格式;然后采用开发的速度入口、压力入口、压力出口、远场压力等边界条件求出数值模拟结果。用C++语言开发非定常不可压缩N-S方程的求解器。用NACA0012、临界瑞利数下的对流传热算例与Fluent结果对比,验证算法的可行性。采用VOF和Level-Set算法对两相流动交界面进行捕捉,选择MHRIC格式计算VOF通量,得到体积分数αq;对守恒性Level-Set输运方程求解得到φn,采用基于PDE的三阶显示RungeKutta格式离散重初始化方程得到最终的φ值。VOF与Level-Set各具优势与不足,可将VOF与Level-Set法耦合为CLSVOF法。在CLSVOF算法中,利用φn计算交界面的法向向量,利用αqn完成单位体积的质量守恒,从而完成界面重构。利用αqn确定φ符号的正负,利用单元中心到相界面的投影点的距离中的最小值确定φ的大小,从而完成φ重初始化。从最终求出的φ值捕捉流场中交界面的精确位置。在CLSVOF算法中引入SA和SST k-ω湍流模型,并计算求解时间步长。并通过平移、Zalesak旋转、剪切速度场中圆的二维拉伸、溃坝算例对CLSVOF、VOF、Level-Set方法捕捉两相流界面形状和质量守恒进行准确性验证。
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